2.4GHz频段上的新一代点对点无线技术

2.4GHz非联网解决方案  

虽然433MHz系统和蓝牙技术能够满足诸多应用的需要，但是，对于大多数消费电子设备而言，用它们来作为电缆替代方案要么局限性过大，要么成本过高而且复杂。正在开发中的新型无线技术基于这样的前提：即诸如鼠标键盘和消费电子设备等简单的点对点应用并不需要采用复杂的联网协议比如那些因处理开销和附加成本而使蓝牙技术的优势有所丧失的协议。  

与采用433MHz ISM频段的技术相比，采用2.4GHz ISM频段的技术具有以下优点：  

标准的管制条例由于802.11和蓝牙技术支持者的努力他们与许多国家的无线电频率管理机构进行了合作以谋求消除国家之间在有关管制条例方面的差异，目前大多数国家都对2.4GHz ISM频段有着相似的管制条例。这使得采用2.4GHz技术的产品无需改变频率或发射功率便可在世界范围内销售。  

系统级标准2.4GHz非联网技术采用集成无线电IC和标准协议，从而大幅度地缩短了将这些技术集成到器件设计中所需的开发时间。  

带宽2.4GHz ISM频段的宽度超过83MHz远远宽于433MHz ISM频段。这使得可以有更多的设备共享这一频段且彼此之间没有干扰。  

与蓝牙等重型联网协议相比，非联网技术还具有一些至关重要的优点。首先便是成本。非联网技术无需采用重型协议栈，这使得它们能够采用更小、更廉价的微处理器。另一个优点是功耗。较轻的协议加上强健的纠错能力有助于减少无线电传送时间，这直接影响到功耗并使设备具有较长的电池使用寿命。  

这些优点表明2.4GHz非联网技术将433MHz解决方案的低成本与蓝牙技术的长处结合在了一起，旨在实现健壮、轻型技术，以显著地减少在给消费电子设备增添无线功能时所花费的时间和成本。  

WirelessUSB无网络开销的2.4GHz技术  

由赛普拉斯半导体公司开发的WirelessUSB是非联网2.4GHz技术的一个范例。与蓝牙技术相似，WirelessUSB将2.4GHz ISM频段划分为78个1MHz信道。但它并没有像蓝牙技术那样采用跳频扩频FHSS。FHSS系统希望通过在载频之间的不断跳跃来确保传输数据的某些部分能够被正确地接收。即使有些信道完全阻塞，在其他信道上传送的数据仍将正常通过。而WirelessUSB只采用了一个信道和直接序列扩频DSSS调制方案以避免干扰。  

在使用一个信道之前，WirelessUSB设备检查该信道上的其他流量。另外还对信号强度进行测量以确定噪声层。如果有另一个WirelessUSB或2.4GHz设备正在使用该信道，则该设备将转移至另一个信道以实现与这些设备的共存。  

DSSS系统增加了工作范围并降低了误码率。此类系统将每个数据位作为一个伪噪声PN代码来传输；PN代码的每个码元被称为片chip。当存在干扰或靠近工作范围的极限值处时，接收到的传输PN代码往往会有一些片被损坏。DSSS接收器采用数据相关器来对输入数据流进行解码。如果片误差的数量低于相关器的误差阈值，则数据将被正确接收。  图1给出了一个WirelessUSB 64片PN代码实例

  

图1DSSS数据纠错通过对每个数据字节进行异或操作并将合成校验和作为每个分组的最终字节来传输，WirelessUSB系统实现了数据的无误差接收即使在高干扰级的频率上亦不例外。  

如果相关器的误差阈值被超过，则接收数据位不被损坏；它被删除数据损坏超过数据删除的概率可以忽略不计。纠正删除要比纠正误差容易得多。通过对每个数据字节进行异或操作，并将合成校验和作为每个分组的最终字节来传输，即可采用该校验和来对一个接收分组的每个码位位置中的一个误差进行校正。  

因此，即使是在那些遭受了会引发10%以上的片误差率的干扰的频率上，WirelessUSB系统也能够成功地接收无误差数据。这使得WirelessUSB通常具有抗干扰能力并有望实现50米或更长的工作距离。

由于2.4GHz ISM频段得到了如此广泛的应用，因此很有可能遇到干扰特别严重的情况，即便采用了上述的强大纠错功能也无法对众多的不合格分组进行校正。在这种场合，WirelessUSB协议能够使发送器和接收器自动切换至一个无干扰信道以避免干扰。

PN代码系统简化了多用户的并置。在该情形下，多个WirelessUSB系统可使用同一个信道，前提是它们采用不同的PN代码且相邻系统距接收器的距离至少为其距本地系统中的设备的三倍。通过将2.4GHz ISM频段划分成80个独立的信道并允许相邻系统进行信道重用，可以把许多WirelessUSB系统布设在同一区域内，从而使该技术能够在教室或办公室环境中得到推广应用。  

最后，WirelessUSB协议专门针对低功耗器件进行了优化。只需少量的14字节分组即可建立一个连接。一旦连接完成，即没有信标分组或其他不必要的流量。每个应用数据分组包含一个一字节信头和用于纠错的一字节校验和。该协议健全且足够轻，使得一个WirelessUSB键盘能够在采用三节AA电池的情况下连续工作达一年之久。采用该技术的芯片订价在2美元以下。 一个用于该设计的无线电部分的双层PCB布局实例包括PCB印制线天线被作为WirelessUSB开发套件的一部分提供给用户。它免除了进行复杂的RF电路布局和天线设计的需要。当采用PCB印制线天线时，开发人员不需要具备2.4GHz天线设计方面的知识。  WirelessUSB IC仅需的外部元件是若干去耦电容器、一个四元件无源天线匹配网络和一个廉价的13MHz、50ppm晶体。该设计方法使得能够将整个RF PCB包括天线和IC放入一个面积仅1平方英寸左右的区域内。

如图2所示

  

图2 WirelessUSB双层PCB布局包括天线实例